Demostrando la viabilidad de las arenas de fundición como agregado fino para aplicaciones de construcción

Liderado por el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN y en colaboración con un importante consorcio de empresas y entidades entre las que figuran ACCIONA INFRAESTRUCTURAS, FUNDICIONES DEL ESTANDA, ONDARLAN y el Centro Tecnológico GAIKER, el proyecto LIFE ECO-SANDFILL ha permitido obtener varios avances en la investigación realizada en torno a la reutilización de la arena residual de fundición en forma de agregado fino para diversas aplicaciones de construcción, como son rellenos tipo terraplén, morteros y materiales de baja resistencia controlada. 

El proyecto financiado por el programa europeo LIFE 2015, con título «Spend foundry sand valorisation in construction sector through the validation of high-performance applications» pretende demostrar la viabilidad técnica, ambiental y económica de la reutilización de las arenas residuales de moldeo en el propio sector de la fundición, así como en aplicaciones del sector de la construcción, tras someterlas a un nuevo proceso de regeneración basado en la atrición de arenas en lecho fluidizado.Partiendo de los requisitos físicos, químicos, mecánicos y ambientales que deben de cumplir las arenas de fundición para su utilización en áridos para cada aplicación concreta, se ha procedido a la definición de las condiciones de operación del sistema de regeneración que permiten conseguir las mejores propiedades en la arena de fundición y, a su vez, garantizan un impacto ambiental y económico inferior con respecto a la situación de partida, la gestión en vertedero en forma de residuo.

Para cada tipo de aplicación se han realizado numerosos ensayos en laboratorio de dosificación de la arena regenerada, a fin de establecer las condiciones y porcentajes de sustitución máximos que garantizan la calidad técnica de los productos resultantes.

Terraplén y materiales constituyentes

Las características del terraplén y los materiales constituyentes se rigen por las especificaciones incluidas en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes (PG3). 

Los estudios realizados sobre las arenas regeneradas de fundición revelan ser aptas para usos en suelos tolerables en las zonas del núcleo y cimentación del terraplén. Sin embargo, las características morfológicas y granulométricas particulares de la arena de fundición conllevan a utilizarla junto a material de préstamo, de forma que la compactación y estabilidad del núcleo del terraplén no se vea comprometida, fijándose una relación máxima arena fundición-material de préstamo de 80:20. 

Materiales de baja resistencia controlada

En el caso de los materiales de baja resistencia controlada, consisten en aplicaciones ligadas con resistencias a compresión entre 0,3 y 8 MPa que tienen prestaciones en obra semejantes a suelos estabilizados, estando concebidos para aplicaciones no estructurales como rellenos de zanjas en conducciones eléctricas, tuberías de agua, aislantes, control de la erosión etc. 

Con sustituciones del 100% se alcanzan resistencias >2MPa, pudiéndose, por tanto, emplear en una gran variedad aplicaciones, en los contenidos que satisfagan las resistencias u otros requisitos de calidad exigidos en cada obra.

Morteros

Con respecto a los morteros, y a las especificaciones que regulan las propiedades de los áridos (UNE-EN 13139:2002: Áridos para morteros), las arenas de fundición pueden experimentar reactividad con los álcalis del cemento. De ahí que los porcentajes de utilización dependan de los materiales que se utilicen en las mezclas y de la clase de mortero, pudiéndose alcanzar hasta el 50% de sustitución en morteros de menores resistencias.

Experiencias piloto que demuestran la viabilidad de la aplicación de las arenas de fundición en usos de construcción

Con el objeto de demostrar y validar en condiciones reales la viabilidad de utilización de las arenas de fundición dentro de los materiales de construcción, se están llevando a cabo experiencias piloto en obra, que permiten estudiar las propiedades y prestaciones de los materiales diseñados a lo largo del tiempo.

Concretamente, como parte de la obra del nuevo edificio del Centro Tecnológico Azterlan se han realizado dos experiencias de aplicación de dos productos de mortero distintos, basados en arenas de fundición bajo unas condiciones de sustitución que han permitido superar las prestaciones técnicas que describen los morteros de referencia. 

La primera aplicación se trata de un mortero térmico colocado sobre el suelo de climatización radiante de la planta baja del edificio (660 m2), fabricado a partir de un 5% de arena de fundición, que mantiene las propiedades mecánicas y térmicas del mortero de referencia y experimenta un menor consumo de agua durante su aplicación. 

La segunda demostración ha consistido en el mortero de recrecido de la pavimentación exterior del edificio (185 m2). El mortero ha sido fabricado a partir de un 20% de arena de fundición en sustitución de la arena natural de la misma granulometría. Esta condición ha permitido superar en un 40% las resistencias mecánicas que presentan los morteros convencionales

Aplicación de mortero térmico a base de arena de fundición en formulación en la planta baja del nuevo edificio del Centro de Investigación Metalúrgica Azterlan.

Aplicación del mortero de recrecido a base de arena de fundición en formulación de la pavimentación exterior del nuevo edificio. Propiedades mecánicas de los morteros con distintos porcentajes de sustitución de arenas.

Siguientes materiales de estudio

Los siguientes materiales a base de arena de fundición objeto de estudio y desarrollo consisten en los hormigones no estructurales, cuyas condiciones y especificaciones técnicas se regulan en la Instrucción Técnica de Hormigón (EHE 08).  La demostración piloto del material desarrollado se realizará dentro del “Proyecto Constructivo de Nuevas Salidas de Emergencia en los Túneles de la Línea de Alta Velocidad Vitoria-Bilbao-San Sebastián. Tramo Bergara-Astigarraga”, obra gestionada con Euskal Trenbide Sarea (ETS), entidad que se encuentra colaborando en el proyecto desde la firma de su compromiso en febrero de 2019.

En este contexto, el uso de este tipo de arenas residuales en el sector de la construcción se muestra como una alternativa viable y con la capacidad suficiente para absorber una parte importante de todo el volumen de residuos de arenas de fundición, de modo que estos resultados constituyen un impulso para seguir avanzando en la misma dirección y desarrollando materiales y demostradores reciclados de alto valor añadido.